巴西大停电事故分析报告.docx

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1、2009年11月10日巴西大停电事故分析报告引言1一巴西电网概述2二伊泰普电站送出工程简介4三巴西电网及伊泰普水电站安稳措施5四事故前系统运行状况64.1 事故前系统运行方式安排64.2 事故前天气情况9五事故开展过程介绍10事故发生阶段11系统振荡，电网结构无序破坏阶段13系统解列及崩溃阶段14系统恢复阶段15六继电保护装置及稳控系统动作情况分析166.1 765KVITABERA-IVAIPoRA送出线路保护动作情况166.2 Itaipu水电厂安稳系统动作情况176.3 与765V送出线路平行的525V线路保护动作情况196.4 展过程中局部电厂的保护装置和控制系统动作情况206.5 载

2、装置动作情况216.6 Itaipu水电厂50Hz系统两回直流线路闭锁情况21七本次事故对南方电网的启示227.1 继电保护装置227.2 安稳系统设计237.3 失步解列装置237.4 网架结构247.5 事故后电网黑启动和负荷恢复25附件1巴西电网1996-2004年有关事故资料27附件2事故中继电保护和安稳系统动作情况29引言2009年11月10日晚22点13分（北京时间11日8点13分），巴西电网全国范围内发生大面积停电，引起世界关注。本次大停电影响巨大,受影响人口约5000万，损失负荷约24436MW,约占巴西电网全部负荷的40%。巴西电网负荷主要集中在圣保罗、里约热内卢等负荷中心，

3、伊泰普等水电基地通过远距离大容量交直流通道送电至负荷中心，电网结构与南方电网非常类似。因此，深入分析本次事故对预防南方电网发生大面积停电事故具有很好的借鉴意义。南网研究中心非常关注此次巴西大停电事故，一直通过网络及新闻媒体收集资料、与国内同行交流以及与巴西电网的Cigre会员取得联系并获得局部有价值的信息，及时编写了一份事故快报。但在事故后近一个月的时间里，巴西政府或电力部门忙于事故调查和分析，一直未对停电原因作正式解释，也未正式发布完整的事故报告，我们只能根据零散的事故信息，滚动修编事故分析报告。12月中下旬，巴西电网正式公布了完整的事故报告，我们获得相关资料后，于第一时间开展工作，重新完善

4、这份事故分析报告。本专题报告旨在通过介绍本次巴西电网大停电事件，理清事故开展和扩大的脉络和过程，初步评估事故开展过程中继电保护装置和安稳系统的动作行为。同时，结合南方电网实际，努力探寻其中可借鉴的经验教训和启示，供有关部门决策参考。一巴西电网概述巴西位于南美洲东南部，国土面积851万平方公里，居世界第5位,人口约2亿。巴西东濒大西洋，海岸线长7400多公里，国80%位于热带地区。巴西境内水系广众，雨水充分，水力资源极其丰富，居世界第四位，主要有亚马逊河系、巴拉那河系及圣弗兰西斯科河系。巴西从1995年开始对电力部门进行机构改革和私有化，并建立了电力批发市场（有关资料说明截止2000年10月，巴

5、西拥有电力公司62家，其中44家为私人公司，占71%；按业务划分，涉及发电业务的26家，私人占58%；涉及输电业务的16家，私人占6%；涉及配电和零售业务的40家，私人公司占70%）。目前巴西全国已形成南部、东南部、北部和东北部四个大区互联电网。通过伊泰普水电站的建设，实现了南部和东南部电网的互联，形成了南部电网；通过TUCUrUi电厂输电系统的建设，实现了北部电网和东北部电网的互联，形成了北部电网。1999年底，巴西建设了一条长度为1028公里的50OkV交流输电线，实现了南部电网和北部电网的互联，形成了覆盖巴西约60%国土，95%的人口和98%的装机容量的统一电网。巴西电网各片区划分见图I

6、-Io图1-1巴西各片区电网分布巴西电网2023年最大负荷约65218MW,预测2023年和2023年最大负荷分别为67923MW和70145MWo巴西东南网的南区包括里约热内卢和圣保罗等经济中心，是全国电网的负荷中心，其负荷占全网比例超过50%o各片区电网2023年最大负荷及2023-2023年预测负荷见下表所示。表1-1巴西电网20232023年最大负荷单位MW片区负荷年份2023年比例2023年比例2023年比例北网42416.5%45486.7%46696.7%东北网891413.7%952114.0%988814.1%东南网4068262.4%4196861.8%4321961.6%

7、南网1138017.4%1188517.5%1236917.6%全网负荷65218100.0%67923100.0%70145100.0%巴西电网的交流电压等级繁多，主要的电压系列有765kV、525kV、440kV345kV.230kV以及138kV,巴西电网地理接线示意图如图1-2所示。2780公里本次事故影响较小的区域ColombiaRurdpoliKGUrUPIB.J.LpaPixBoliviatcrnhM PDutrax P.Fro 5.tspcra Colma%3JL Rio Vrde； Move Mutum Nobr /LGrande , I：. SJ.Piaui .Sdlnha

8、Bonfim ,- Inci UruguaiH6riaClChoC ”。Montcs . l；|CS”,皿 PolIeLegends mM FuturoCanP如213fcV 230 kV MSkV 440 kV - s* 760 kV I-三 O O o 图1-2巴西电网地理接线示意图Paroguai haipuS ngloIF Arl二三rUJNlumnau巴西电力以水电为主，2023年巴西电网装机容量约89000MW,其中水电装机约77430MW,占装机总量的87%,分布在12个流域100多个水电站；其他核电、天然气、火电、油电装机总量约11570MW,占装机容量的13%。巴西电网是一个

9、事故频发的电网附件1所示为19962004年巴西电网事故资料），虽有自然环境因素，但仍可见其装备水平和管理水平一般。二伊泰普电站送出工程简介伊泰普水电站（ItaiPU）位于南美洲巴西与巴拉圭两国的边界巴拉那河中游河段。水电站于1991年建成，安装18台70万kW机组，总装机容量1260万kW,平均年发电量750亿kWh,是世界上20世纪建成的最大水电站。1998年续建扩机2台70万kW机组，2002年投入，总装机容量到达1400万kW,仅次于我国三峡电站。该电站由巴西和巴拉圭两国共建、共管，所发电力由两国平分，巴拉圭近期多余的电量出售给巴西，以归还巴西所垫付的建设资金。伊泰普电站发电机分为2组

10、，每组10台700MW18kV机组。一组发电机以巴拉圭电网的额定频率50HZ运行，另一组发电机以巴西电网额定频率60HZ运行。60HZ的一组发电机在FoZdoIgUaSSU变电站升压至765kV,通过3回765kV线路（非同杆并架线路）,途经Ivaipora和Itabera变电站，输送到东南电网的SanPaUIO（圣保罗）地区，全线长约900km；750kVIvaipora站有50OkV出线接入东南部电网，存在电磁环网。50Hz的另一组发电机通过4回500kV线路送到FozDoIgUaCU换流站，再经两回60OkV直流输送约7000MW电力至SaoPaulo地区。同时50Hz局部系统通过500

11、220kV联络变降压为220kV与巴拉圭电网相连（巴拉圭全网平均负荷约350MW,几乎全部由Itaipu电站供电）。ItaiPU送出工程具体接线示意图见下列图2-1,图2-2为Itaipu输电工程接入圣保罗地区的示意图。伊泰普水电站60Hz图2-1伊泰普电站输电网络示意图图2-2伊泰普电站送出工程接入圣保罗地区电网示意图巴西东南电网500kvM络三巴西电网及伊泰普水电站安稳措施巴西电网配置有一定量的低频减载装置，分5轮，负荷减载总量约7000MW,同时配有大量原理较为简单的线路过负荷连切装置，还有一定量的防止系统暂态失稳的切机/切负荷装置；区域间联络断面上一般配有失步解列装置，但总体装备水平和

12、技术水平不高。很多稳控措施是通过保护装置来实现，而且局部通道还采用载波方式通信，可靠性不够。其中Itaipu电站送出工程也配置了较多的稳定控制措施，功能描述如下:对于60Hz运行的系统，实现的主要功能有：（1）765kV线路故障切机,维持系统暂态稳定；（2）防止机组自励磁效应损坏机组；（3）系统高周切机保护并防止南部火电厂跳机；（4）防止765/50OkV系统电磁环网中的主变过载切机；（5）防止765kV系统电压崩溃；（6）当电厂只同南部电网相连，系统动态阻尼比缺乏时，切机确保系统动态稳定。对于50HZ运行的系统，实现的主要功能有：（1）巴拉圭电网高周切机保护；2）防止Ande变电站过电压；（

13、3）减少50OkV传输线路过负荷。Itaipu水电站的安稳装置在电网异常或事故中大多数情况下均能正确动作，为防止或减少电网事故带来的损失发挥了重要作用，但也发生过安稳装置误动和拒动的情景，总体上安稳装置的技术和管理水平还有待提高。据CIGRE2006年有关资料统计，60Hz运行的系统正确动作159次，但不正确动作和拒动也有13次，给电网运行带来了一定的平安隐患。50HZ运行的系统，安稳装置正确动作2次，不正确动作1次，表现一般。四事故前系统运行状况4.1 事故前系统运行方式安排巴西位于南半球，其冬夏季节特性与北半球正好相反，每年12月底到3月底为夏季，6月底到9月底为冬季。11月份的巴西正处于

14、春季，事故发生时圣保罗地区温度约27,所以当时并不是巴西电网全年负荷最高时期。大停电发生在晚上10点的腰荷时段，此时总负荷60775MW,其中东南部电网和南部电网负荷分别为34426MW和9656MWo事故前负荷见如表4-1所示。表4-1巴西各地区电网负荷地区负荷（MW）东南地区34426南部地区9656中西地区3221北部地区2901东北地区10571巴西全网60775事故发生前（11月10日22：12分），伊泰普水电站60HZ系统开机9台（1台机组检修），出力为5564MW,通过3回765kVFozdoIguacu-Ivaipora外送，在750kVIVaiPora变电站接纳3台主变上网潮

15、流1063MW后，通过3回750kVIvaipora-Itabera线路送东南电网电力约6545MWo伊泰普水电站50Hz系统开9台机，通过直流送东南电网5329MW（直流一个阀组检修，故开9台机）。东南部电网负荷约34426MW,765kV交流通道和伊泰普直流送电与其负荷的比例分别为19.%和15.5%,单一通道送电规模相对偏大。东南部电网与南部电网通过多回500kV.230kV和138kV线路相联,其中IbiIma至Bateias2回500kV线路潮流1285MW,Londrina至Assisi500V线路潮流662MWo圣保罗地区440kV电网发电7301MWo故障前，Ibiuna变电站一台+330-220Mvar的调相机检修，其动态无功支撑能力有所下降。主要断面潮流如图4-1所示。系统各断面潮流满足平安稳定准那么，电压水平合理。750kVFozdoIgUaCUIVaiPOra夕卜送通道N-I夕卜